藍秋萍 饒灶鑫 林聯(lián)發(fā) 韋英英

(1.福建省泉州市氣象局，福建 泉州 362000；2.福建省石獅市氣象局，福建 泉州 362700)

1 平臺開發(fā)背景

災(zāi)害性天氣的監(jiān)測預(yù)警一直是各級氣象部門業(yè)務(wù)工作的重點，也是做好氣象服務(wù)的關(guān)鍵。2016年，中國氣象局發(fā)布《基層氣象臺站突發(fā)氣象災(zāi)害臨近預(yù)警服務(wù)業(yè)務(wù)基本要求》，提出實時監(jiān)測、臨近預(yù)警、預(yù)警信息發(fā)布等業(yè)務(wù)要求：當天氣實況達到預(yù)警標準或在實時監(jiān)測的基礎(chǔ)上預(yù)計本轄區(qū)突發(fā)氣象災(zāi)害達到預(yù)警標準時，值班人員須及時發(fā)布預(yù)警信息；對業(yè)務(wù)系統(tǒng)也提出了能夠設(shè)置突發(fā)氣象災(zāi)害閾值并能自動報警的要求。為加強短時臨近天氣監(jiān)測預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)管理，提高短時臨近天氣監(jiān)測預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)能力，減輕氣象災(zāi)害損失，2017年12月，中國氣象局編制了《基層突發(fā)災(zāi)害性天氣預(yù)警服務(wù)基本標準規(guī)范(試行)》，指出市級氣象部門負責開展本級行政區(qū)域突發(fā)災(zāi)害性天氣的監(jiān)測預(yù)警、信息發(fā)布及業(yè)務(wù)監(jiān)控工作，負責對縣級氣象部門開展突發(fā)災(zāi)害性天氣預(yù)警服務(wù)提供業(yè)務(wù)指導(dǎo)。2018年10月，福建省氣象局修訂完成了《福建省短時臨近天氣業(yè)務(wù)規(guī)定》，提出監(jiān)測聯(lián)防和預(yù)報預(yù)警等具體業(yè)務(wù)要求。

泉州市災(zāi)害性天氣頻發(fā)，氣象災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警主要通過“福建省短臨預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)”(以下簡稱“短臨系統(tǒng)”)和人工操作福建省氣象信息處理系統(tǒng) (以下簡稱“EWIPS”)?！岸膛R系統(tǒng)”實現(xiàn)了短時強降水和大風兩類災(zāi)害性天氣的實況告警、短臨預(yù)報制作和發(fā)布渠道的一體化開發(fā)等功能，但該系統(tǒng)主要針對短時強降水和大風兩種突發(fā)氣象災(zāi)害，預(yù)警種類少，無法進行預(yù)警情況的分縣統(tǒng)計，要素的精細化查看功能等方面不能滿足實際業(yè)務(wù)需求；“EWIPS”需要人工操作查看，對于是否達到預(yù)警無告警功能，也無法導(dǎo)出所需的預(yù)警文字和服務(wù)表格。針對以上實際業(yè)務(wù)情況，為進一步提高泉州市、縣兩級強天氣的監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)能力和響應(yīng)速度，本平臺在原“氣象要素實時監(jiān)控預(yù)警平臺”[1]基礎(chǔ)上進行升級改造，實現(xiàn)了常見災(zāi)害性天氣的實時分縣預(yù)警，強天氣包括短時強降水、分級暴雨、雷電、大風、霧、霾、高溫、霜凍、干旱等9大類，基本涵蓋了泉州市常見的氣象災(zāi)害。該平臺保留了原“預(yù)警平臺”操作簡單、自動化程度高、預(yù)警時間快的優(yōu)點，新增的氣象災(zāi)害告警功能在2019年泉州市汛期氣象服務(wù)中對災(zāi)害性天氣的過程服務(wù)起到提前告警作用，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細化服務(wù)有較好的輔助作用，有效提高了日常工作效率和業(yè)務(wù)水平。

2 平臺開發(fā)運行環(huán)境和界面設(shè)計

本平臺基于Windows 7的32位操作系統(tǒng)、使用C# Visual Studio 2010的C/S架構(gòu)[2]開發(fā)，程序類庫為.Net Framework4.0，Word操作引用為Microsoft Office 2007。經(jīng)測試，平臺可在安裝.Net Framework4.0及以上版本的Win7系統(tǒng)下穩(wěn)定運行。

該平臺界面由工具欄、數(shù)據(jù)導(dǎo)航欄、數(shù)據(jù)顯示主界面、預(yù)警文字滾動欄和數(shù)據(jù)處理狀態(tài)欄五個視圖模塊組成，如圖1所示。工具欄為人工操作模塊，含手動更新采集數(shù)據(jù)、預(yù)警響應(yīng)、配置保存、操作說明等；數(shù)據(jù)查看導(dǎo)航欄可查看警戒或預(yù)警的分縣監(jiān)測、雨量等氣象要素的逐5分鐘滑動統(tǒng)計排名，各縣實時閃電次數(shù)、干旱數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)處理過程和缺測站點；數(shù)據(jù)查看導(dǎo)航欄的具體數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)主界面顯示；站點達到預(yù)警標準時，預(yù)警文字滾動欄將不停地滾動提示；數(shù)據(jù)處理狀態(tài)欄顯示當前數(shù)據(jù)時間、處理進度和自動站數(shù)據(jù)到報等情況。

圖1 基于實況監(jiān)測的氣象預(yù)警輔助平臺設(shè)計界面

3 數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量監(jiān)控

3.1 原始數(shù)據(jù)處理

原始數(shù)據(jù)包括自動站AI數(shù)據(jù)、閃電定位數(shù)據(jù)、省局干旱監(jiān)測產(chǎn)品等。為提高數(shù)據(jù)讀取及統(tǒng)計效率，該平臺不直接采用自動站原始數(shù)據(jù)，而采用本平臺后臺線程預(yù)先處理好的數(shù)據(jù)，采集配置站點的氣象要素，形成新的數(shù)據(jù)文件，其命名方式為：yyyyMMddHHmm.txt，數(shù)據(jù)格式為 ：區(qū)站號 雨量 最高氣溫 最低氣溫 極大風速 最低能見度 干旱日數(shù) 閃電次數(shù)，其中干旱日數(shù)和閃電次數(shù)到縣一級，其余到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級，沒有的觀測要素以-999缺省。數(shù)據(jù)線程處理過程中占用計算機后臺內(nèi)存資源，不占用程序界面資源，處理過程中平臺仍可進行要素最新排名查看和人工統(tǒng)計的操作，不影響平臺的運行。數(shù)據(jù)文件站點量和要素的簡化可有效提高監(jiān)測預(yù)警和要素統(tǒng)計模塊的處理速度，實況監(jiān)測預(yù)警的時間在出現(xiàn)達到警戒或預(yù)警條件后3分鐘左右。雷電預(yù)警采用閃電定位頻次作為參考[3]。

3.2 告警流程

原始氣象要素數(shù)據(jù)采集并質(zhì)控完成后，結(jié)果在界面上按排名顯示，進行單站氣象要素的告警以及達到警戒、預(yù)警站點數(shù)的分縣(市)統(tǒng)計，處理流程見圖2，實現(xiàn)過程如下。

圖2 基于實況監(jiān)測的氣象預(yù)警輔助平臺告警流程

(1)采集。逐60秒判斷原始數(shù)據(jù)文件是否更新。如有更新，后續(xù)數(shù)據(jù)處理過程需時30秒左右，而文件到達時間一般比數(shù)據(jù)時間遲1分鐘多，因此可以做到實況出現(xiàn)后3分鐘左右預(yù)警,合理的警戒值設(shè)定可以達到提前告警的目的。

(2)處理。提取配置站點逐5分鐘自動站氣象要素，存儲為數(shù)據(jù)文本。氣象要素含累積雨量、最高氣溫、最低氣溫、極大風速、最低能見度；閃電定位進行地理坐標的換算；獲取泉州各縣干旱數(shù)據(jù)，含干旱日數(shù)、級別和全省分布圖。

(3)分析。統(tǒng)計過去1小時、2小時、3小時、6小時、12小時逐5分鐘累積雨量；獲取當前時刻最高氣溫、最低氣溫、極大風速、最低能見度、濕度等氣象要素；統(tǒng)計當前時刻各縣出現(xiàn)閃電的次數(shù)；獲取各縣的干旱日數(shù)、干旱等級等監(jiān)測數(shù)據(jù)。采用字典排序法在對應(yīng)的數(shù)據(jù)界面進行排序顯示，以便直觀查看。

(4)告警。各縣9大類氣象災(zāi)害警戒和預(yù)警站點數(shù)統(tǒng)計，當某站(縣)氣象要素達到預(yù)設(shè)的預(yù)警值，且已超過預(yù)警時效時，生成預(yù)警文字信息并滾動走屏、發(fā)出警報聲。

4 功能模塊

4.1 配置管理

配置管理模塊含“預(yù)警設(shè)置”“運行設(shè)置”和“站點配置”三個模塊(見圖3)。

圖3 基于實況監(jiān)測的氣象預(yù)警輔助平臺配置界面(左)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計查看界面(右)

“預(yù)警設(shè)置”分為警戒設(shè)置和預(yù)警設(shè)置，警戒值根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置或參照其他成熟的業(yè)務(wù)平臺配置，預(yù)警值一般按照預(yù)警信號發(fā)布標準設(shè)置。該平臺為5分鐘實時統(tǒng)計判斷是否告警，為避免同一站點短時間內(nèi)重復(fù)告警，增加下次告警時間設(shè)置，即達到預(yù)警信號發(fā)布標準的站點，首次告警后再次告警的時間長度。

運行設(shè)置，設(shè)置資料路徑和運行參數(shù)，自動站路徑可設(shè)置市局數(shù)據(jù)服務(wù)器路徑，干旱和閃電定位路徑為省局路徑；數(shù)據(jù)搜索頻率一般設(shè)置60秒；缺站數(shù)可根據(jù)實際設(shè)置，指的是過去某個時次處理的數(shù)據(jù)缺站數(shù)超過該數(shù)值則重新處理該時次數(shù)據(jù)；根據(jù)經(jīng)驗，霧霾的相對濕度界限一般配置80。

站點配置：配置站點某種氣象災(zāi)害是否告警，可進行站點的添加、修改和刪除。所有站點默認短時強降水告警，雷電和干旱只告警到縣一級，暴雨、大風等其他預(yù)警可根據(jù)該鄉(xiāng)鎮(zhèn)是否業(yè)務(wù)考核或?qū)嶋H需要逐個進行配置。

4.2 實況監(jiān)測和預(yù)警的分縣監(jiān)測

平臺將根據(jù)配置管理模塊參數(shù)值自動運行，界面“數(shù)據(jù)處理狀態(tài)欄”將顯示處理數(shù)據(jù)的時次、進度和缺測站數(shù)。導(dǎo)航欄中的“雨量直報”可查看逐5分鐘1、2、3、6、12小時雨量滾動統(tǒng)計及排名，以及達到短信直報(1、2、3小時)時的文本。短信直報記錄將自動保存以備查詢；“其他數(shù)據(jù)”可查看當前高溫、低溫、極大風、能見度要素及排名；“閃電定位”可以查看當前時次及過去逐小時各縣的閃電次數(shù)，該泉州底圖采用EWIPS地圖，進行經(jīng)緯度和地圖坐標轉(zhuǎn)化[4]，定位存在一定(極小)偏差；“干旱監(jiān)測”可以查看各縣最新的干旱日數(shù)統(tǒng)計及全省干旱分布圖， 該統(tǒng)計采用省局監(jiān)測數(shù)據(jù)，有干旱數(shù)據(jù)更新時，平臺將同步更新。以上各類實況監(jiān)測，通過點擊表格內(nèi)的站點可以查看當前時次及其過去24小時逐時要素值及統(tǒng)計。

9大類氣象災(zāi)害的實時分縣警戒、分縣預(yù)警在“分縣監(jiān)測”功能模塊顯示，分別統(tǒng)計各縣各類天氣達到警戒或預(yù)警的站點數(shù)，此統(tǒng)計告警為縣局做好預(yù)警信息的發(fā)布和相關(guān)服務(wù)起到輔助指導(dǎo)。格式為：“站點數(shù)/考核總站數(shù)”，閃電次數(shù)的格式為：“閃電次數(shù)/告警設(shè)置值”，干旱日數(shù)的格式為：“干旱日數(shù)/告警設(shè)置值”。具體站次和要素值在界面右邊顯示，需要快速查看某縣某種天氣達到告警的具體站次，可點擊界面對應(yīng)的數(shù)值框，如需要查看惠安-暴雨藍色的站點時，點擊對應(yīng)的“2/10”，跳出具體站點和雨量(見圖3)，如需更詳細的降水資料，則在“雨量直報”中查詢。點擊“閃電次數(shù)”或“干旱日數(shù)”則跳到“功能導(dǎo)航欄”對應(yīng)的處理界面查看。最新預(yù)警的站點在“預(yù)警滾動提示欄”滾動。

4.3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)警戒和預(yù)警

逐5分鐘判斷單個站點(鄉(xiāng)鎮(zhèn))是否達到預(yù)警標準和下一次告警時間，滿足條件時，平臺將持續(xù)發(fā)出告警聲，并在任務(wù)欄跳出“最新預(yù)警提示”圖標，任務(wù)欄圖標持續(xù)閃爍，直至預(yù)警響應(yīng)。預(yù)警響應(yīng)需要業(yè)務(wù)人員操作，共有三種響應(yīng)方式：鼠標左鍵雙擊任務(wù)欄中的閃爍圖標；點擊功能欄中的“預(yù)警響應(yīng)”；鼠標右鍵點擊任務(wù)欄中的閃爍圖標，在跳出的對話欄中點擊“關(guān)閉預(yù)警”，但此種方法操作后平臺將不再進行后續(xù)告警，如需正常預(yù)警，可再次鼠標右鍵點擊任務(wù)欄中的圖標，點擊“開啟預(yù)警”。 超過下次預(yù)警時間如達到了預(yù)警標準，則更新顯示，如該條預(yù)警12小時后未達到預(yù)警標準，則自動刪除該條預(yù)警。 達到預(yù)警標準但無需響應(yīng)的也相應(yīng)保存記錄?！皢握绢A(yù)警”可以查看當前預(yù)警的站點、時間、種類及是否需要響應(yīng)等信息,為鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細化服務(wù)提供業(yè)務(wù)支撐。該平臺2019年汛期業(yè)務(wù)試運行以來，氣象要素能及時告警到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級，預(yù)警信號指導(dǎo)到縣一級，顯著提高了工作效率。

5 結(jié)束語

本文介紹了基于實況監(jiān)測的氣象預(yù)警輔助平臺的開發(fā)背景和總體設(shè)計思路，闡述了其數(shù)據(jù)流程、主要功能和告警實現(xiàn)過程。該平臺實現(xiàn)了短時強降水、分級暴雨、雷電、大風、霧、霾、干旱等泉州市常見氣象災(zāi)害的警戒和達到預(yù)警標準時的快速自動告警，對全市預(yù)警信息的發(fā)布和鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細化服務(wù)有較好的指導(dǎo)作用，有效提高了日常工作效率和業(yè)務(wù)服務(wù)能力。但本平臺對于氣象災(zāi)害預(yù)警的警戒閾值研究有待深入，以期進一步提升預(yù)警發(fā)布的時間提前量。